Quanten-Technologie

 

Hintergrund

Ein Großteil unserer heutigen Technologie, von der Halbleiterelektronik bis zum Laser, ist aus der sogenannten "ersten Quantenrevolution" hervorgegangen, d.h. dem Verständnis der Eigenschaften der Materie auf der Grundlage der Gesetze der Quantenmechanik. Vor kurzem wurden schwer fassbare Konzepte der Quantenmechanik wie Überlagerung und Verschränkung, die lange Zeit als rätselhafte Kuriositäten der Quantenmechanik ohne praktischen Nutzen galten, zu den Grundpfeilern mehrerer technologischer Anwendungen, die die Idee einer "zweiten Quantenrevolution" förderten.

Diese Anwendungen reichen von der Quantensensorik über Quantensimulation und Quantenkommunikation bis hin zum Quantencomputer. Dieser stellt einen Paradigmenwechsel in der Datenverarbeitung dar, der grundlegender als die Entwicklung vom Abakus zu den heutigen Supercomputern ist. Er verspricht beispiellose Fähigkeiten für bestimmte Rechenaufgaben. Insgesamt bilden diese unterschiedlichen Anwendungen das Forschungsfeld der Quantentechnologie.

Wir erleben jetzt eine spannende Phase, in der sich die Quantentechnologie vom rein akademischen Forschungsfeld zu einem relevanten Thema für Wirtschaft und Gesellschaft entwickelt. Ein Großteil dieser Entwicklung wurde durch wesentliche Investitionen privater Unternehmen (z.B. Google, Microsoft, IBM, INTEL,...) sowie nationaler und internationaler Geldgeber vorangetrieben (siehe z.B. das European FET Flagship Program on Quantum Technologies). Die Folge ist, dass der Bedarf an spezialisierten, in Quantentechnologie erfahrene Mitarbeitern steigt.

Wenn es jetzt darum geht, Quanteneffekte nicht mehr nur indirekt zu nutzen, sondern sie gezielt zu kontrollieren, dann ist es das Ziel der Bundesregierung, dass deutsche Institute und Unternehmen auch diese Entwicklung gestalten und führend umsetzen. Solche „Quantentechnologien der zweiten Generation“ können z. B. sehr viel genauere Messgeräte ermöglichen, die Sicherheit bei der Datenkommunikation stark verbessern oder deutlich leistungsfähigere Satelliten und Computer hervorbringen. Die Möglichkeiten dieser Technologien sind so groß, dass sie erhebliche
Auswirkungen auf die Wirtschaft und Gesellschaft haben können und auch sicherheitspolitisch von hoher Relevanz sind. Der Wettlauf um die industrielle Realisierung solcher Technologien hat international bereits begonnen.

Quantentechnologien – von den Grundlagen zum Markt, BMBF, Germany.

 

 

Ein neue Master-Vertiefung

Um diesem Bedürfnis gerecht zu werden, bietet die Fachgruppe Physik der RWTH Aachen ab dem Wintersemester 2019/20 eine neue Vertiefungsrichtung zur Quantentechnologie im Masterstudiengang Physik an. Diese wurde in Zusammenarbeit mit der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik entwickelt und umfasst theoretische und experimentelle Kurse sowie einen neuen, eigenen Laborkurs, in dem die Theorie in die Praxis umgesetzt wird. Den Studierenden werden außerdem interesant Forschungsprojekte teilweise mit industrieller Anbindung angeboten. Eine kurze Einführung in das Thema, einschließlich der Stadt Aachen und der RWTH, sowie eine kurze Vorstellung des Lehrplans und der Forschungsthemen finden Sie in der Präsentation - Quantum Technology.

Der Studiengang ist auch eine der strategischen Maßnahmen des Exzellenzclusters ML4Q im Bereich der Lehre und profitiert stark von der engen Zusammenarbeit mit Experten des Forschungszentrum Jülich sowie Universitäten Köln und Bonn. 

 

Lehrplan

 

Eine Liste der Wahlpflichtfächer der  Fachgruppe Physik (siehe "Elective courses" → "Specialization courses" → "Nanoelectronics" oder "Experimental Condensed Matter Physics" oder "Condensed Matter Theory") und der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (siehe "Schwerpunkte" → "Micro- and Nanoelectronics (MINA)" → "Elective MINA" oder siehe "Wahlfach (General)") soll den Studierenden helfen, die Kurse des ersten Jahres auszuwählen, die für ihr Forschungsgebiet im zweiten Jahr relevant sind.

Wir arbeiten mit zwei unserer IDEA-League-Partner zusammen, nämlich der Chalmers University of Technology in Schweden und der TU Delft in den Niederlanden, um im Rahmen der Initiative für Distance Learning und Distance Assessment des MyScore Projekts auch Online-Kurse anzubieten.

Da das Studium der QT stark auf den Kenntnissen der Quantenmechanik aufbaut, erwarten wir, dass Ihr Verständnis des Themas dem Kurs entspricht, der im Rahmen des Grundstudiums am Fachgruppe Physik angeboten wird. So beinhaltete beispielsweise dieses Quantenmechanik - Skript Themen wie: Schrödinger (zeitunabhängige) Gleichung, WKB-Approximation, Dirac-Notation, Operatoren, Observables und Messung, Harmonischer Oszillator, Symmetrien, Spin, Wasserstoffatom, Näherungsverfahren und identische Partikel. 

Wenn Sie mit den genannten Themen nicht vertraut sind, müssen Sie möglicherweise das Master's College in Betracht ziehen, das in Brückenkursen die fehlenden Kenntnisse vermittelt.

Weitere Informationen zu den (theoretischen und experimentellen) Forschungsgruppen an der RWTH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich finden Sie auf der  Forschungsseite.

Alle weiteren relevanten Informationen zum Bewerbungsverfahren für deutsche und internationale Studierende, zu den Zugangsvoraussetzungen und zur Prüfungsordnung finden Sie unter den jeweiligen Links.

Beachten Sie, dass die Unterrichtssprache Englisch ist.

 

Stipendium

Der Bewerbungszeitraum für das RWTH Quantum Technology Scholarship für das Akademische Jahr 2023-25 endet am 15. Februar 2023.

Im Rahmen des ML4Q vergibt die RWTH Aachen jedes Jahr zwei zweijährige Vollstipendien an zwei hervorragende Studierende. Das Master-Curriculum für Stipendiaten des RWTH Quantum Technology Scholarship Programs ist identisch mit dem regulären MSc-Programm. Allerdings wird von den Stipendiaten erwartet, dass sie in Teilzeit ein wissenschaftliches Praktikum in einer der beteiligten Gruppen absolvieren:

• Gruppe Müller
• Gruppe Bluhm
• andere Gruppen können auf individuelle Anfrage Teilzeit-Praktika anbieten

Um sich zu bewerben, senden Sie bitte Ihre Bewerbung als SINGLE PDF (verwenden Sie das Format Nachname_RWTHQTScholarship_2023.pdf) mit den folgenden Unterlagen an Lisa Otten (l.otten@physik.rwth-aachen.de):

Hinweis: Neben der Zusendung der unten genannten Unterlagen sollten Sie sich auch offiziell für den Master of Science in Physics an der RWTH Aachen University bewerben. Die Bewerbung für das RWTH Quantum Technology Scholarship ist unabhängig von der Bewerbung für den Master of Science in Physics.

• RWTH Quantum Technology Scholarship Application Form
• Curriculum Vitae
• Ein einseitiges "Letter of Motivation" für die Aufnahme des Masterstudiums
• Zwei Empfehlungsschreiben (können direkt von den Ausstellern an Lisa Otten (l.otten@physik.rwth-aachen.de) versendet werden)
• Beglaubigte Kopie des Abiturzeugnisses (oder eines gleichwertigen Abschlusses für den Zugang zu Hochschulen). Beispiele sind "High-School Passing Certificate", "High School Diploma".
• Beglaubigte Kopien der einzelnen Hochschulabschlüsse und/oder eine Erklärung über die Abschlüsse, die Sie vor Ihrem Eintritt in die RWTH Aachen absolvieren wollen.
• Beglaubigte Kopie Ihres Transcripts of Record.
• Nachweis von Englischkenntnissen. Bitte legen Sie eine der folgenden Unterlagen vor: TOEFL (90 Punkte, internetbasiert), IELTS (Note 5,5), Cambridge Test - Certificate in Advanced English (CAE), First Certificate in English (FCE) mit einer Note von mindestens B, Zertifikat über Englischkenntnisse auf dem Niveau B2 des "Gemeinsamen Europäischen Referenzrahmens für Sprachen (GER)". Studierende der RWTH Aachen können Ergebnisse des Placement-Tests des Sprachenzentrums der RWTH Aachen mit dem Niveau B2 (MK 7) einreichen.

Die Bewerbungsfrist für den RWTH Quantum Technology Scholarship endet am 15.02.2023. Danach wird die "Einladung zum Vorstellungsgespräch" an alle ausgewählten Teilnehmer verschickt, in der Sie um einen geeigneten Vorstellungstermin im März 2023 gebeten werden. Bitte beachten Sie, dass Sie für das Vorstellungsgespräch eine 15-minütige Präsentation vorbereiten sollten, die auf Ihrer Bachelorarbeit oder einem interessanten Thema aus der Quantentechnologie basiert. Schließlich werden Sie Ende März 2023 oder Anfang April 2023 über Ihre erfolgreiche Bewerbung benachrichtigt.

Wenn Sie Fragen haben, senden Sie gerne eine E-Mail an Lisa Otten (l.otten@physik.rwth-aachen.de)

 

Referenzen

Having a Quantum Technology (QT) track at RWTH made perfect sense considering the current advancement in this field.

The winter semester of 2019 started with a broad overview of different topics. From the lectures on Condensed Matter Physics to the perfectly organized Hardware Platforms for Quantum Technology, I gained a solid background in the field. Quantum Optics lecture stole the show for the elective courses. I also attended lectures that were not specific to QT, however, they were still interesting.

As was promised, more activities were yet to come starting with the two weeks Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q)-cluster course. Due to the corona pandemic situation, we expected some technical hiccups with the sudden online learning format. Nevertheless, learning about five research areas was indeed insightful.

The summer semester 2020 introduced new QT-specific courses like Quantum Measurement and Quantum Error Correction (QEC), alongside the already established ones. The QEC was a distance learning course organized in collaboration with TU Delft, the Netherlands. Thanks to the video-on-demand format, I could attend it from the comfort of my home. The Quantum Information course helped me understand the importance of the physicality of the information and the benefits of the quantum computer. Unfortunately, the Lab course Quantum Technology was held online. I could not benefit as much as I would have liked to do. The poorly organized data made me lose too much time on the otherwise engaging experiments.

With the introduction of the courses like the Modeling of Superconducting Devices (TU Delft) and Quantum Computing (Chalmers University) courses in the winter semester of 2020, I am impressed by the level the RWTH is aiming.  Along with the collaborations (Köln, Bonn, TU-Delft, Chalmers, etc.) and in-house research facilities like the Research Center at Jülich,  I hope to benefit from every chance RWTH Aachen is offering me. Hopefully, someday I can contribute back with my research.

 

Roudy Hanna, RWTH Aachen University.

When I joined the RWTH Aachen in 2016, the Quantum Technology (QT) Master study track was not offered as one of the main study tracks.

I went for Quantum Field theories and Gauge theories that were both challenging and exciting. I took all the courses that one could take in the quantum direction, e.g., quantum optics, quantum information, and computational physics, to name a few.

Now, since the QT study track is offered as the main track, I believe this would benefit students who wish to concentrate only on quantum.

For all others, who would like to have more interdisciplinary courses and want to combine courses offered in the QT track with other tracks, I offer myself as an example that it is possible.
After my Master's, I went ahead to pursue a Ph.D. in quantum computing at Jülich.

I wish the next generation, who have the opportunity to attend the well-organized QT track, all the very best. I would like to remind them of the words of Dr. Szent-Gyorgyi that scientific discovery is not so much in seeing what nobody has seen but seeing what every one has seen yet thinking what nobody has thought.

 

Manpreet Singh Jattana, RWTH Aachen University.